Двигатель 45 кВт и автомат 80А: Почему очевидное "нет" может оказаться "да"

Обратились люди, беда — горят автоматы на двигателе. Давайте посмотрим, что у них случилось, и постараемся помочь.

Имеется электродвигатель мощностью 45 кВт. На его бирке указано: 85 А при 380 В. Мы хотим подобрать для него автомат защиты, а на складе в наличии есть только один вариант — на 80 А.

Вопрос, который возникает у каждого: подойдёт ли для такого электродвигателя на 85 А автомат на 80 А?

Очевидный ответ — нет. Но что, если мы скажем, что этот автомат защиты может подойти, но только при выполнении ряда условий? И что при их несоблюдении он, наоборот, может стать причиной аварии? Давайте разберём этот интересный и поучительный кейс на примере реального электрооборудования.

Анализ оборудования

• Двигатель: 5АИ200L4
  • Номинальный ток: 85 А при 380 В.
• Автомат: ABB MS165-80
  • Диапазон уставки: 70–80 А.
  • Rated Operational Power AC-3 (Pe): (400 V) Three Phase 45 kW.
  • Rated Operational Current AC-3 (Ie): 80 A.
  • Отключающая способность: 30 кА (при 400 В), 18 кА (при 440 В).

Почему может возникнуть сомнение, что автомат 80 А не подойдёт для двигателя 85 А?

Большинство людей, не имеющих глубоких знаний в электротехнике, ориентируются на номинальные значения, указанные на бирках и в документации. Они видят, что номинальный ток двигателя (85 А) больше уставки автомата (80 А), и делают простой вывод: такой автомат не подойдёт, так как будет постоянно срабатывать.

Однако эти номинальные значения — это лишь отправные точки для расчётов. В реальности на работу оборудования влияют действующие значения в сети. И, конечно же, эти действующие значения тока не должны превышать номинальные, чтобы оборудование не выходило из строя.

Именно поэтому мы не можем просто сравнивать две цифры, не учитывая реальные условия эксплуатации. Давайте разберёмся, как они влияют на выбор.

Нюанс №1: Рабочий ток зависит от напряжения

Главный параметр, который мы упускаем, — это фактическое напряжение в сети. Номинальный ток электродвигателя 85 А указан для 380 В. Однако, согласно стандарту IEC 60038, значение 400/690 В является результатом эволюции системы 380/660 В, которую завершили использовать в Европе и во многих других странах. Именно поэтому современные аппараты, такие как MS165-80, созданы по новым стандартам и на их табличках указаны номинальные параметры при 400 В.

Согласно закону Ома, ток обратно пропорционален напряжению. Если в вашей сети 400 В, то рабочий ток двигателя будет ниже:

I_{рабочий} = (380 В / 400 В) ⋅ 85 А ≈ 80,75 А

В этом случае, автомат с уставкой до 80 А действительно подходит, так как его номинальный ток равен рабочему току двигателя в реальных условиях. Согласно документации производителя, тепловой расцепитель сработает при токе, превышающем уставку в 1.2 раза. В нашем случае, он сработает при 96 А (80 А ⋅ 1,2), что отлично защитит двигатель от перегрузок, не вызывая ложных срабатываний.

Помимо защиты от перегрузок, важно оценить надежность аппарата при коротком замыкании. Наш автомат MS165-80 имеет мгновенную уставку (Rated Instantaneous Short-Circuit Current Setting) Ii = 1120 А и высокую отключающую способность Icu = 30 кА при 400 В. Эти значения делают его очень надежным.

Хотя точный расчет тока короткого замыкания — это сложная задача, требующая отдельного анализа, мы можем с уверенностью сказать, что этот аппарат гораздо лучше справляется с защитой, чем модульные автоматические выключатели с характеристиками С или D (пусть даже на 6 или 10 кА), которые также допускаются для защиты двигателей, но имеют значительно более низкие показатели.

Нюанс №2: Узкое место — нестабильное напряжение в сети

В целом, исходя из предыдущего, можно сказать, что аппарат будет работать, как полагается. Однако для дальнейшего анализа важно обратить внимание на стабильность напряжения в сети.

Наблюдение 1: Если напряжение в вашей сети падает, рабочий ток двигателя растёт. Это может привести к незапланированным отключениям по перегрузке, так как автомат подобран практически впритык.

Наблюдение 2: Если напряжение повышается, рабочий ток двигателя, наоборот, снижается. Это потребует перенастроить регулировку тока на автомате защиты, иначе он может не увидеть перегрузку. Кроме того, с увеличением напряжения снижается отключающая способность автомата. Например, для MS165-80, Icu при 440 В уже 18 кА. Это может добавить ещё больше проблем, если ток короткого замыкания в конкретном месте превысит это значение.

Наблюдение 3: По итогу, в сети напряжение следует держать стабильным в конкретно заданном диапазоне. Чтобы всё работало, как следует из нашего примера, напряжение должно быть 400 В.

Вывод: Безопасность — это не только подбор по току

Основной вывод: Автомат MS165-80 подходит для защиты двигателя 5АИ200L4, но в вашей сети должно быть напряжение не ниже 400 вольт, и при этом ток короткого замыкания не должен быть больше, чем отключающая способность автомата на том напряжении, которое у вас есть.

Ещё один вывод: Тот, кто не знает ток короткого замыкания в месте размещения электроустановки, сильно рискует. Правильный подбор защитного аппарата начинается с точного расчета этого параметра. Для быстрой и приблизительной оценки тока КЗ вы можете использовать один из двух подходов:

• Теоретический: Если у вас есть доступ к данным о питающем трансформаторе (мощность S_ном и напряжение короткого замыкания U_к), вы можете рассчитать ток КЗ по формуле: I_КЗ = (I_ном.тр. / %U_к) · 100%, где I_ном.тр. = S_ном / (√3 · U_ном)
• Практический: Если вы имеете опыт работы с электричеством, можно измерить сопротивление петли «фаза-ноль» с помощью вольтметра и известной нагрузки.

Дополнительный вывод: старайтесь использовать реле контроля напряжения для мониторинга состояния сети — это поможет защитить нагрузку и коммутационную аппаратуру от рисков. Даже простая сигнальная лампа, подключенная к реле напряжения, даст вам больше контроля над ситуацией. Применяйте современные устройства для мониторинга сетей, по типу цифровых мультиметров и сетевых анализаторов. Совместно со SCADA они вам дадут ещё больше управляемости процессами и облегчат жизнь.

Главное следствие - обсужденное здесь в части защиты двигателя, имеет дальнейшее продолжение в виде проектирование пускателей для электродвигателей, что является интересной инженерной задачей. Автор знакомый с продукцией ABB в этом плане рекомендует.